营业线上使用架桥机更换T梁关键技术

2019-10-18孙秀峰

铁道建筑 2019年9期

孙秀峰

（中国铁路北京局集团公司建设部，北京 100860）

1 工程概况

北京市S5 线是国家市郊铁路第1 批示范项目。为满足S5 市郊铁路由80 km/h 提速至100 km/h 的要求，须将既有国铁京通线41 号怀沙河大桥6 孔24 m T 梁予以更换。京通线为Ⅰ级干线、非电气化单线铁路。41 号怀沙河大桥处于两山之间且上跨国家一级水源保护区，墩身高度15 m。全桥位于直线地段，坡度5.45‰，距较近的北宅站1.084 km。

北宅站共 5 条线，1 道有效长 849 m，2 道正线有效长844 m，3 道有效长861 m，6 道有效长203 m，另有军专线1 条（如图1所示）。站内股道线间距均为5 m，施工需经4#，8#，10#，12#道岔，均为60 kg/m 12号道岔。北宅站至41号怀沙河大桥间有曲线1处，半径800 m。

图1 车站布局与桥梁位置

既有桥全长158.4 m，桥面宽度4.9 m。待更换的旧T 梁与新梁长度、宽度及高度相同，梁高2.10 m，梁顶宽1.92 m（见图2）。旧 T 梁质量为 86.1 t，新 T 梁质量为89.1 t，支座与既有支座一致，为铸钢摇轴支座。

图2 T梁横向布置（单位：mm）

2 方案比选

在营业线上更换T梁，通常使用的方法是：通过汽运将桥梁运送到换梁地点，采用吊车［1］、龙门吊［2］和人工搭设的平台进行更换［3］。

架桥机一般是在公路、铁路新建线路上使用。有关使用架桥机更换桥梁的文献甚少，特别是在铁路营业线使用架桥机更换桥梁无可借鉴案例。

铁路架桥机按导梁方式分为无导梁架桥机、下导梁架桥机、双导梁架桥机、运架一体架桥机4 种；按桥面宽度可分单梁架桥机和双梁架桥机；按走行方式可分步履式和轮行式［4-5］。经对多种型号架桥机使用性能的比选，对施工现场环境、站场线路设备条件、使用场地的调查，综合多种因素进行方案优化及专家论证，最终确定使用铁道第五勘察设计院和邯郸中铁桥梁机械有限公司在DJK140 型基础上研发的单臂简支型DJK160 型架桥机，并配备4 台机动平车和2 台260 t汽车吊（取消倒装龙门吊）更换T梁的方案。

该方案除了不必在施工现场组装龙门吊、人工搭设平台外，还具有以下优点：

1）施工高效，占用线路时间短，满足6 h 内恢复通车的要求。DJK160 型架桥机设计吸取了各类型架桥机的优点，施工效率高［6］。它配备4 台机动平车，取消了倒装龙门吊，改为2 台260 t 汽车吊，大大压缩了走行、倒梁等候时间。在作业过程中，机臂可以全悬38.6 m 走行对位且可以自动升降、前后移动，可以半悬低位走行（机臂回缩13.1m）铺轨作业，做到一机两用，实现“换、运、架”三位一体的独立施工模式。

2）施工安全可靠。DJK160型架桥机重心低，最低仅为5 m，稳定性好，能在电化区段正常通行及隧道口使用。设计合理适应性强，机臂可上下升降、前后伸缩、左右摆头，解决了在既有线走行过程中侵限问题，复线施工换梁方便快捷；DJK160型架桥机集双简支梁型优点，可在空中纵横移梁，一次落梁到位。

3）绿色环保，节约投资。使用架桥机换梁避免了搭设平台、组装龙门吊占用河道对国家一级水源地的污染；同时减少开山修路、搭设平台、组装龙门吊占用河道、征地等一系列投资。

3 DJK160架桥机及其配套设备参数

DJK160型架桥机长64.87 m，宽4.34 m，高7.03 m，主机总质量为276 t，额定起吊质量为166 t。自行速度最大5 km/h，自行最大爬坡坡度20‰，通过最小道岔为9 号道岔，架梁时的最小曲线半径为300 m，通过最小曲线半径为180 m，吊梁小车走行速度最大5 m/min，吊梁升降速度为0.6 m/min，吊梁横移速度0.25 m/min；吊轨小车走行速度最大24 m/min，升降速度2.8 m/min。

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配套运梁小车共4辆，每辆长29.94 m，宽3.28 m，高1.78 m，质量85 t，额定装载质量为166 t。空载运行速度最大12 km/h，重载运行速度最大6 km/h。通过最小曲线半径为180 m，自行最大爬坡坡度为20‰。

运梁平车共12辆，机车1辆。运梁平车每辆长13 m，机车长20 m。

4 工艺流程和时间控制

怀沙河大桥换梁施工共更换6 孔12 片T 梁，采用DJK160 架桥机和4 辆配套的运梁小车，每个天窗点更换1孔梁，依次更换第1孔梁至第6孔梁。每孔梁必须在6 h 的线路封锁时间内完成。每个施工环节须详细分解、分别严格控制施工时间。工艺流程及时间控制如下：

第1步人工拆除桥上线路并割除人行道角钢支架及栏杆，作业时间40 min。同步作业：支撑旧梁，割除剩余5 处横隔板；拆除梁下通道，架桥机、1#运梁小车自行至施工现场；架桥机完成升高位；2#—4#运梁小车从3道转线至1道。

第2步架桥机过孔并整备达到吊装状态。作业时间20 min，累计作业时间60 min。同步作业：用千斤顶顶升第1片旧梁；切割旧支座螺栓。

第3步吊拆第1 片旧梁，并移至1#运梁小车上。作业时间40 min，累计作业时间100 min。同步作业：用千斤顶顶升第2片旧梁；切割旧支座螺栓。

第4步吊拆第2 片旧梁，并移至2#运梁小车上。作业时间35 min，累计作业时间135 min。同步作业：1#运梁小车携第 1 片旧梁返回 3 道；2#运梁小车从 1 道空车自行至施工现场。

第5步 2#运梁小车携第2 片旧梁返回3 道。作业时间10 min，累计作业时间145 min。同步作业：凿除支座垫石；铺干硬性砂浆；铺设钢板。

第6步 3#运梁小车携第1 片新梁从1 道运至架桥机尾部。作业时间10 min，累计作业时间155 min。同步作业：凿除支座垫石；铺干硬性砂浆；铺设钢板。

第7步 3#运梁小车喂梁，架桥机架设第1 片新梁。作业时间40 min，累计作业时间195 min。同步作业：3#运梁小车空车返回3 道并用吊车装上新轨排，4#运梁小车携第2片新梁从1道运行至架桥机尾部。

第8步 4#运梁小车递送梁，架桥机架设第2片新梁。作业时间40 min，累计作业时间235 min。同步作业：4#运梁小车空车返回1 道；3#运梁小车携新轨排运行至施工现场；第1 片新梁焊接钢板与支座底板；第1片新梁原支座锚固螺栓孔内灌注砂浆。

第9步 3#运梁小车递送新轨排，架桥机架设新轨排。作业时间25 min，累计作业时间260 min。同步作业：安装新梁两侧临时栏杆，焊接两端及跨中横隔板，安装纵横向钢盖板，第2片新梁焊接钢板与支座底板，灌注钢板螺栓孔砂浆；3#运梁小车空车返回3道。

第10步架桥机收0#腿，退出作业面。作业时间10 min，累计作业时间270 min。同步作业：焊接剩余横隔板钢板及钢筋，穿横向钢绞线及锚具。

第11步连接轨排两端，上砟整道，恢复线路。作业时间90 min，累计作业时间360 min。同步作业：开通前焊牢整孔3处横隔板钢板及4处钢筋、穿横向钢绞线及锚具；架桥机收支腿，落低位，返回1道。

开通后限速45 km/h 至下一封锁点。全部梁更换完成限速45 km/h 开通，利用邻近营业线监督计划进行横隔板混凝土浇筑和预应力钢筋横向张拉、压浆，达到强度后恢复常速。

每个换梁点前，1道需停放架桥机和1辆运梁小车（空），3道上停放3辆运梁小车（1辆空车、2辆梁车）和1 辆运梁平板车，运梁小车需重新编号，停放顺序与第1个天窗点前相同。

5 关键环节控制

5.1 技术控制

1）施工场地要求。北宅站3道有效长满足存放运梁平板车、组装架桥机、存放运梁小车及倒装新旧梁作业条件。3 道外侧占用场地需清理、碾压，满足2 台260 t 汽车吊倒装新旧梁承载力要求；满足组装架桥机，存放运梁小车、轨排及倒装新旧T梁等作业条件。

2）换梁工序和时间控制。正式施工前，为确保天窗点内换梁顺利完成及各工序之间良好衔接，天窗点前进行了3 次模拟演练。演练过程中派专人详细记录作业时间和设备运行状况，演练后对方案进一步优化。

3）换铺短轨。在换梁天窗点前将长轨更换为24.7 m+6.25 m+5×24.7 m的短轨，保证6.25 m短轨在换梁过程中位于下一孔，且梁缝与轨缝始终相错1 m，小里程侧锯口位于0#台胸墙外1 m，大里程侧锯口位于6#台胸墙外5.25 m。6.25 m短轨方便提落梁及0#腿支立。给点后施工开始时，人工纵移旧轨排至下一孔。

4）支座安装。旧支座移除后在原有支座处铺放1块30 mm 厚钢板，新支座安放在钢板上，四周满焊，最后将钢板锚固在垫梁石上。拆梁前垫石四周钢板下方予以凿毛，拆梁后垫石表面予以凿毛，深度30 mm，然后用M50干硬性砂浆找平；新支座下方与砂浆间铺设1320 mm×575 mm钢板，钢板横向比新支座宽223 mm，纵向比新支座宽100 mm；钢板上钻直径31 mm 的孔，孔位与支座螺栓孔中心位置相同。新梁就位前放置新螺栓和大钢板，待纵横向位置确定后将支座下板与大钢板焊接，焊接采用J506焊条。浇筑重力式砂浆锚固钢板四角螺栓。

5.2 安全控制

1）营业线施工安全。营业线施工须严格执行《营业线施工安全管理实施细则》（京铁师〔2016〕408 号）及有关规定。施工前须与有关设备单位签订安全协议，施工人员须经营业线施工安全培训，考试合格方可上岗。营业线施工须按要求设置防护员，驻站防护员与现场防护员每隔3～5 min 联系一次。严禁无计划、无调度命令上线施工。

2）既有设备调查及防护。施工前须对施工范围既有设备进行调查，凡对既有设备有影响的须提前制定防护方案，对既有设备进行改移或防护。桥上两侧电缆要提前在桥头两侧制作吊挂固定终端，桥两侧各吊挂钢绞线，吊挂位置距既有桥外侧1 m，桥头两侧电缆挖出并做好防护，现场设专人看守、巡视。对架桥机、运梁小车等走行路线上的既有行车设施及障碍物要认真调查，对有影响的设备要提前联系相关设备单位进行改移及防护。

3）机械设备检查及使用。施工使用的机械设备须严格执行《北京铁路局建设工程大型施工机械设备安全管理办法》（京铁建〔2013〕154 号），办理使用手续并取得《营业线施工准入证》。特种设备要经检验、检测合格并取得当地主管部门颁发的使用证方可使用。机械设备使用前须对其使用性能、状态进行检查，操作人员须遵守操作规程。架桥机在非桥面上自力走行时机臂应降到低位。架桥机组自行速度不得超过5 km/h。司机室向车体内移并锁固。架桥机在桥面自力走行时机臂可在最高位，机臂应回缩到铺轨位置，其自行速度不得超过5 km/h，通过侧向道岔和曲线时速度为2～3 km/h。机动平车载梁片运行速度为0.5～6.0 km/h，接近主机时降速至0.5 km/h，梁前端悬出长度为4.3 m；梁重心宜在车体纵向中心线上，偏差不超过20 mm；偏装值不得超过200 mm。吊车起吊前须进行试吊，吊钩中心应垂直通过重物中心，吊车吊起梁片距梁车20 cm 停止起吊，静置10 min，停车检查：①起重机械的稳定性；②制动器的可靠性；③重物的平稳性；④绑扎的牢固性。吊车各支腿无明显下沉及变形后，方可继续进行吊梁作业。四级风以上时严禁吊车作业，必须收起吊车臂杆以防意外。

4）高空作业安全。高空作业人员须经培训和体检，合格后持证上岗；高空作业人员须按规定佩戴防护用品，遇到六级及以上大风天气停止换梁作业，并做好各项安全防护。T梁就位后安排专人进行临时栏杆的安装，采用75 mm×75 mm 的角钢，高度1.2 m，与梁体外侧预埋T 钢用螺栓连接，并用直径16 mm 的圆钢纵向设置2条围栏作为临边防护。